化學(xué)沉降沸石吸附法處理高濃度電鍍含鋅廢水

摘要:含鋅廢水對人體健康和環(huán)境具有嚴重的危害性。處理高濃度的含鋅廢水時(shí)需先進(jìn)行化學(xué)沉降，然后再進(jìn)行深度處理。試驗結果證明，對于含289mg/LZn2+的電鍍廢水，用質(zhì)量分數為10%的氫氧化鈉處理，其投加量為3．7mL/100mL，處理后的Zn2+的濃度為6．6mg/L。再用沸石進(jìn)行吸附，沸石用量為0．25g/L，攪拌(110r/min)50min，處理后，廢水的鋅離子去除率最高可達88．8%，剩余Zn2+濃度為0．47mg/L，遠低于《國家污水綜合排放標準》(GB8978－2002)的一級標準。

關(guān)鍵詞:化學(xué)沉降;沸石;吸附;高濃度含鋅廢水

前言

鋅是人體健康不可缺少的元素，它廣泛存在于人體肌肉及骨骼中，但是含量甚微，如果超量就會(huì )發(fā)生嚴重后果。含鋅廢水對人體健康和環(huán)境有嚴重危害，具有持久性、毒性大、污染嚴重等特點(diǎn)，一旦進(jìn)入環(huán)境后不能被生物降解，大多數參與食物鏈循環(huán)，并最終在生物體內積累，破壞生物體正常生理代謝活動(dòng)，危害人體健康。隨著(zhù)人類(lèi)對重金屬的開(kāi)采、冶煉、加工等生產(chǎn)活動(dòng)的日益增加，產(chǎn)生的重金屬廢水無(wú)論是從數量上還是種類(lèi)上都大大增加，造成了嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。因此含鋅廢水的治理仍然是世界環(huán)保領(lǐng)域的重大研究課題。目前已開(kāi)發(fā)應用的含鋅廢水處理方法主要有3種，即化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法。

但上述方法都存在一定的局限性。如中和沉淀法處理后，若廢水pH過(guò)高，需要中和處理后才可排放。同時(shí)可能多種重金屬共存，當廢水中含有Zn、Pb、Sn、Al等兩性金屬時(shí)，pH值偏高，有再溶解的傾向，因此要嚴格控制pH值，實(shí)行分段沉淀。同時(shí)，一般含鋅廢水在多數情況下含有配合劑，配合劑的存在將阻礙氫氧化鋅沉淀的形成，所以采用中和沉淀法處理含鋅廢水很難達到排放標準。硫化沉淀法中，若加入過(guò)量的硫，不僅帶來(lái)硫的二次污染，而且過(guò)量的硫與某些重金屬離子會(huì )生成溶于水的絡(luò )合離子而降低處理效果。鐵氧化法在形成鐵氧體過(guò)程中需要加熱(約70℃)，能耗較高，處理后鹽度高，而且有不能處理含Hg和絡(luò )合物廢水的缺點(diǎn)。

文中研究利用化學(xué)沉降和沸石吸附組合的方法處理高濃度電鍍含鋅廢水，不僅避免了中和沉淀法種種弊端，而且利用天然沸石而無(wú)需改性處理就可達到較好的處理效果。本研究先用化學(xué)法沉降大部分Zn2+，以Zn(OH)2沉淀的形式除去，可煅燒生成ZnO，從而制成Zn(NO3)2或ZnCl2等試劑，有較高的回收利用價(jià)值。然后采用沸石進(jìn)行吸附處理，使其達到排放標準。從而實(shí)現廢物的資源化，具有較好的推廣應用前景。

1·材料與方法

1．1 試驗所用儀器設備

AB204－N型電子天平、JJ－4型六聯(lián)電動(dòng)攪拌器、THZ－82型恒溫振蕩器、SHZ－D型循環(huán)水式真空泵、722N型分光光度計。

1．2 試驗所用試劑

氨水、鹽酸、水乙酸、人造沸石、無(wú)水乙酸鈉、雙硫腙。

1．3 廢水水質(zhì)

本試驗所用的廢水來(lái)自黃石電鍍有限公司，選用的是生產(chǎn)車(chē)間的廢水，Zn2+的含量很高，其水質(zhì)見(jiàn)表1。

1．4 試驗方法

將高濃度的含Zn2+廢水先進(jìn)行化學(xué)沉淀，再將沉淀處理后的廢水用沸石吸附，過(guò)濾，取上清液進(jìn)行分析。

1．5 分析方法

用雙硫腙分光光度法測定Zn2+的含量。其測定原理是:在pH為4．0～5．5的乙酸鹽緩沖介質(zhì)中，Zn2+與雙硫腙形成紅色螯合物，該螯合物可被四氯化碳定量萃取，以混色法完成測定。鋅－雙硫腙螯合物的最大吸收波長(cháng)為535nm。用此方法測定Zn2+的濃度，以吸光度為縱坐標，以Zn2+的濃度為橫坐標做標準曲線(xiàn)，擬合得曲線(xiàn)方程為y=0．442x+0．0014(式中y是吸光度，x是Zn2+的濃度，單位為mg/L)。

2·結果與討論

2．1 溶液pH值對化學(xué)沉降處理效果的影響

分別取100mL原水放于9個(gè)250mL燒杯中，依次加入質(zhì)量分數為10%的氫氧化鈉溶液，調節溶液pH值分別為7．0、8．0、8．4、9．0、9．5、10．0、10．4、12．5，攪拌均勻，靜置，取上清液分析測定廢水中Zn2+的剩余濃度，將沉淀抽濾測其SS，分析試驗結果。向原水中加入氫氧化鈉溶液，Zn2+將以Zn(OH)2的形式沉降，但是當加入過(guò)量氫氧化鈉溶液，Zn(OH)2將轉化為ZnO2－2再次溶解，而分光光度法無(wú)法測出ZnO2－2中的鋅含量，所以應該找到Zn(OH)2與氫氧化鈉反應生成Na2ZnO2的臨界pH值。試驗結果表明，當溶液pH值為8．4左右時(shí)，溶液中Zn2+濃度迅速下降，而懸浮固體SS并未減少，說(shuō)明此時(shí)Zn2+已經(jīng)大部分沉淀，并有反應生成Na2ZnO2的趨勢，所以8．4左右即為臨界pH值。加入適當氫氧化鈉溶液使原水pH值調至8．4左右，待沉淀完全，靜止分層，取上層清液為后面吸附處理的試驗用水，測定其pH=8．4，含Zn2+濃度為6．6mg/L。用Zn(OH)2的溶度積作對比計算，理論上，當溶液含Zn2+濃度為6．6mg/L時(shí)，溶液的pH值為7．6，與試驗結果略有差別，但相差不大，以試驗結果為準。

2．2 吸附時(shí)間對吸附效果的影響

取六份100mL經(jīng)化學(xué)沉降處理后的廢水于六個(gè)250mL燒杯中，再加入質(zhì)量濃度為0．2g/L的沸石，分別攪拌10、20、30、40、50、60min，靜置，取上層清液分析，試驗結果見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，隨著(zhù)吸附時(shí)間的增加，Zn2+的去除率逐漸增大，吸附時(shí)間為50min時(shí)吸附效果最好，Zn2+的去除率達到83．5%，Zn2+的剩余濃度為1．29mg/L。吸附時(shí)間過(guò)短，反應不充分，處理效果不佳;吸附時(shí)間過(guò)長(cháng)，出現解吸速率大于吸附的現象。后續試驗吸附時(shí)間為50min。

2．3 吸附劑用量對吸附效果的影響

取六份100mL經(jīng)化學(xué)沉降后的廢水于六個(gè)250mL燒杯中，再分別加入質(zhì)量濃度為0．05、0．1、0．15、0．2、0．25、0．3g/L的沸石，攪拌50min，然后靜置，取上清液分析，試驗結果見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，隨著(zhù)沸石用量的增加，Zn2+的去除率逐漸增大，沸石用量為0．25g/L時(shí)吸附效果最好。當吸附飽和后吸附效果明顯下降，去除率減小。后續試驗吸附劑用量為0．25g/L。

2．4 pH值對吸附效果的影響

取100mL經(jīng)化學(xué)沉降后的廢水于六個(gè)250mL燒杯中，調節pH分別為5．5、6．8、7．5、8．5、9．5、10．5，再分別加入質(zhì)量濃度為0．25g/L的沸石，攪拌50min，靜置，取上清液分析，試驗結果見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出，隨著(zhù)pH的增大，Zn2+的去除率增大，pH為9．5時(shí)吸附效果最好。pH對吸附質(zhì)在溶液中存在的形態(tài)(電離，絡(luò )合)和溶解度均有影響，因而對吸附效果有影響。pH為9．5時(shí)吸附效果最好，在實(shí)際操作中，還需要考慮處理后水的排放標準(pH為6～9)，因此，后續試驗選擇pH為8～9。

2．5 溫度對吸附效果的影響

取100mL經(jīng)化學(xué)沉降后的廢水于六個(gè)250mL的燒杯中，調節pH為8．9，再分別加入質(zhì)量濃度為0．25g/L的沸石，在溫度分別為15、20、25、30、35、40℃的條件下攪拌50min，然后靜置，取上清液分析，試驗結果見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，隨著(zhù)溫度的增加，吸附效果有所下降。吸附反應為放熱反應，溫度升高會(huì )使反應平衡向著(zhù)吸熱反應的方向進(jìn)行。因此，隨著(zhù)溫度的增加，吸附效果有所下降。實(shí)際操作中一般選擇室溫。

2．6 廢水初始Zn2+濃度對吸附效果的影響

配制初始Zn2+濃度分別為3．81、6．35、9．53、12．7、15．24、19．05mg/L的廢水，各取100mL廢水于6個(gè)250mL燒杯中，再分別加入質(zhì)量濃度為0．25g/L的沸石，攪拌50min，取上清液分析，試驗結果見(jiàn)圖5。

從圖5可以看出，隨著(zhù)Zn2+濃度的增加，吸附效果有所下降。因為原水中Zn2+濃度很大，而沸石的吸附容量有限，使得出水不能達到排放標準。同時(shí)也說(shuō)明了高濃度的含鋅廢水不能直接用吸附法處理，而需要先進(jìn)行化學(xué)沉降再進(jìn)行吸附處理。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3·結論

(1)采用化學(xué)沉降和沸石吸附組合工藝處理高濃度含Zn廢水，避免了化學(xué)沉降法的弊端，同時(shí)利用豐富廉價(jià)的沸石礦物資源作為吸附材料，提高了處理效果，達到排放標準。

(2)沸石對水相中鋅離子具有良好的吸附性能，廢水pH值是影響處理效果最重要的因素，隨著(zhù)pH逐漸增加，鋅離子的去除率不斷增大。當pH為9．5時(shí)鋅離子去除率最高，考慮到出水pH值應該在6～9之間，所以將pH值調至6～9為宜。

(3)溫度對處理效果有一定的影響，考慮運行成本，采用室溫即可。

(4)對于100mL經(jīng)化學(xué)沉降處理后的廢水，沸石的最佳吸附時(shí)間為50min，吸附劑的最佳用量為2．5g/100mL。

(5)Zn2+的去除率隨著(zhù)廢水Zn2+初始質(zhì)量濃度的增加而呈下降趨勢。高濃度的含鋅廢水需要先加入質(zhì)量百分比為10%的氫氧化鈉進(jìn)行化學(xué)沉降，投加量為3．7mL/100mL，處理后的Zn2+的濃度為6．6mg/L。

(6)經(jīng)化學(xué)沉降預處理后廢水中鋅離子的去除率最高可達88．8%，剩余濃度為0．47mg/L，遠低于國家污水綜合排放標準(GB8978－2002)的一級標準。（谷騰水網(wǎng)）